chimica analitica ii - moodle@units analitica = preparazione del campione +determinazione analitica...
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CHIMICA ANALITICA II CON LABORATORIO
(AA 2016-17)8 C.F.U. - Laurea triennale in Chimica
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SEPARAZIONE ANALITICA=
preparazione del campione +determinazione analitica
Preparazione del campione = separazione di componenti di una miscela, grazie a filtrazione e setacciatura, estrazioni, volatilizzazioni, distillazioni, flottazione, liofilizzazione, dialisi, osmosi, equilibri di scambio ionico, metodi cromatografici (capitolo 20)
Separazioni analitiche si basano su moduli strumental i caratterizzati da: � Sistema di introduzione del campione� Unità di separazione� Detector/rivelatore� Acquisizione e valutazione dei dati
Metodo Matrice Metodo Matrice
pesata L/S cambio di solvente L
essicazione G/L/S estrazione Soxhlet S
filtrazione L estrazione liquido liquido L
aggiustamento di pH L estrazione liquido solido S
omogeneizzazione S estrazione in fase solida L/G
macinazione S estrazione con fluido supercritico S
precipitazione BIO tecniche in spazio di testa G/L/S
mescolamento G/L/S estrazione assistita da microonde L/S
digestione S(BIO) estrazione assistita da sonicazione L/S
disgregazione cellulare S/L(BIO) dispersione della matrice in fase solida L/S
dialisi L estrazione liquida pressurizzata L/S
ultrafiltrazione L estrazione in corrente di vapore L/S
miscelazione S micro-estrazione in fase solida L/G
liofilizzazione S/BIO estrazioni con membrana L/G
sonicazione L/S estrazione per assorbimento su barra agitatrice L/G
arricchimento delle tracce ALL derivatizzazione L/S
centrifugazione L concentrazione ALL
diluizione L cromatografia su colonna L(estratti)
addizione di standard interno ALL
Perdite di analiti possono verificarsi nei diversi stadi di procedure di pretrattamento del campione: in generale serve che le p.di p. siano progettate in modo che il quantitativo di analita(i) nel campione iniziale sia trasferito in modo il più quantitativo possibile nel campione trattato. L’efficienza del trasferimento viene definita come recupero dell’analita o resa dell’analita (spesso %):
Recupero = quantitativo di analita nel campione trattato/ quantitativo di analita nel campione iniziale
• Buono se supera il 90%.• Si misura spesso aggiungendo un quantitativo noto di analita
in un campione “bianco”(“blank” è un campione che non contiene l’analita di interesse) e misurandone la concentrazione nel campione dopo il pretrattamento.
• In aggiunta, uno standard interno, che è aggiunto al campione prima del pretrattamento del campione, può essere usato per la correzione del recupero, sul campione reale.
Effetto matriceLa composizione del campione può essere alquanto complessa ed influenzare la risposta strumentale.La variazione di segnale analitico causata da tutto ciò che è presente nel campione escluso l’analita viene definita come effetto matrice.Cause dell’effetto matrice possono essere di tipo chimico o fisico:• complessazione dell’analita• formazioni di composti “mascheranti”• variazione dell’attività• alterazione del pH........• variazioni delle proprietà fisiche del mezzo .......Alcune esempi di matrici:• soluzioni ad alta concentrazione di soluti (scarichi, acque salmastre,
salamoie, bibite zuccherine, ..)• miscele acqua-solvente organico (processi industriali, vini, bibite alcooliche,
....)• soluzioni con alto contenuto proteico (fluidi biologici, alimenti, ....)• soluzioni ad elevata acidità (scarichi, estrazione di metalli da matrici solide,
....)
Macinazione, omogeneizzazione ed essicazione del campione per campioni solidi
• Omogeneizzazione ha lo scopo di raggiungere una distribuzione uniforme di tutti i composti nel campione. Inoltre l’estrazione è più efficace quando quando si diminuisce la dimensione delle particelle di campione.
• Mortaio e pestello o mulino/“grinding mill”. • Per composti termolabili necessario raffreddare il campione. • Campioni elastici devon esser congelati criogenicamente per renderli
fragili. • Campioni biologici spesso omogeneizzati con un blender (tipo
“minipimer”)• Setacciature prima della macinazione• Rimozione dell’acqua o essicazione fino a peso costante (se c.
termicamente stabile e non ci son volatile forno a 100-110°C; per campioni igroscopici (assorbono acqua dall’atmosfera) o reattivi, essicatore a vuoto; per non perder analiti volatili o per campioni non riscaldabili si usa liofilizzazione (congelamento rapido del campione e rimozione dell’acqua per sublimazione sotto vuoto)
Dissoluzione e digestione di specie insolubili
La dissoluzione di campioni inorganici insolubili (geologici) richiede spesso la degradazione del campione; si usano acidi e basi forti, acidi per analiti cationici, basi per analiti anionici.
Digestione di materiale organico (processo in cui un solido è trattato chimicamente per decomporlo e portare gli analiti in forma adatta all’analisi) può essere per incenerimento/ashing a secco o a umido.
Spesso per analisi di cationi si usano acidi forti (HNO3, HCl, HF, H3PO4, H3SO4, H2S2O8 o miscele). Per analisi di specie inorganiche in campioni biologici si impiegano digestioni acide e MWAD.
Filtrazione e tecniche di pretrattamento del campione basate su membrane
Filtrazione è processo in cui una barriera semipermeabile (filtro, membrana, mezzo poroso) consente soltanto il passaggio di certe tipologie di molecole. Questi processi di separazione possono essere classificati sulla base della driving force dominante (differenza di concentrazione, di potenziale elettrico, di pressione)
Tecnica Campione
dialisi, elettrodialisi L
filtrazione, microfiltrazione, ultrafiltrazione L
osmosi inversa L
estrazione liquida supportata su membrana L
estrazione L-L su membrana microporosa L
estrazione su membrana in interfaccia assorbente G,L
Dialisi• Tutte le molecole di dimensioni appropriate possono
passare attraverso una membrana da un canale donatore a un canale ricevente.
• Gli analiti diffondono attraverso la membrana come risultato di un gradiente di concentrazione tra le fasi donatrice ed accetrice
• Nell’elettrodialisi si aggiunge una differenza di potenziale elettrico utile al trasporto di specie cariche.
Microporous membrane liquid -liquid extraction(MMLLE) impiega membrane idrofobiche (Water analysis can be complicated if the sample contains a large proportion of suspended substances and foreign particles).
(Supported liquid membrane extraction - SLM)
Tecniche di spazio di testa (HS -head space)• Lo spazio di testa è lo spazio gassoso in una provetta per
campione (vial) sopra il campione solido o liquido. L’estrazione dello spazio di testa è quindi l’estrazione delle componenti presenti in quel gas. Analisi in genere tramite GC
• Spazio di testa staticoIl più semplice, prelievo del HS con siringa a tenuta. Quantità nel
V prelevato è funzione di T e P. Quantificazione è problematica (difficile usare standard interno)
Materiale assorbente (es. Fiala Tenax o fibra SPME)
poly(2,6-diphenylphenylene oxide)11
Tecniche di spazio di testa (continua)
• Spazio di testa dinamicoGas inerte è impiegato per rimuovere gli analiti dallo spazio
di testa del campione. Poiché si immette gas “fresco” in continuazione, il quantitativo rimosso non si limita alle concentrazioni all’equilibrio nelle 2 fasi secondo il coeff. di partizione. Dopo la rimozione dalla vial del campione, gli analiti sono intrappolati in una trappola (t. con solvente o una trappola raffreddata con liquidi criogenici o con un adsorbente adatto).
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Analisi VOC (ppm � ppb� ppt � ppq)
HS; DHS; P&T; Cool P&T
13
14
Limiti di legge
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Preparativa P&T- Purging -
TRAPPURGE
GAS
VENT
DETECTOR
GCCARRIER
GC
15
TRAPPURGE
GAS
VENT
DETECTOR
GCCARRIER
GC
Preparativa P&T- Inject -
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Aspetti critici
– Termostatazione in purging
– Abbattitore di schiuma
– Flash termico della trappola
– Eliminazione dell’acqua
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Thermocouple
Infrared Heater Heating a Sample
Infrasparge Sample Heater
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Riscaldamento diretto della trappola
– Trappola isolata– Controllo di temperatura
diretto– Corrente diretta alla trappola
Portano a:1. Riscadamento rapido
rigidamente controllato2. Riduzione del tempo di
desorbimento3. Riduzione del tempo di
raffreddamento
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Cyclone Water Management (I)
TrapSparger
• L’acqua transita con gli analiti
• WMF è in linea prima della trappola durante la fase di “Purge”.
• In questa fase il WMF viene tenuto a 100°C e l’acqua passa attraverso questo raggiungendo la trappola con gli analiti.
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Cyclone Water Management (II)
• Durante la fase di “Desorb” il WMF è mantenuto a temperatura ambiente e l’acqua è fermata mentre gli analiti sono trasferiti alla colonna.
Trap
GC
• Precipitazione dell’ acqua
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Cyclone Water Management (III)
• Durante la fase di lavaggio (Bake) il WMF è riscaldato a 240°C e l’acqua precedentemente fermata viene vaporizzata e scaricata al Vent.
To Vent
• Durante la fase di bake il sistema si condiziona per il campione successivo
• Eliminazione dell’acqua
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Autocampionatore per acque e/o terreni modello OI 4552
23
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WATER SAMPLING
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SPARGING
To trapMetodo di Riferimento EPA 5035
Estrazione da Terreni
Aggiunta di acqua al campione di terreno e miscelazione della sospensione.
Estrazione in loco dei volatili dalla con gas inerte e contestuale traserimento alla trappola del “Purge and Trap”.
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Estrazioni
• Tecniche di estrazione liquidaEstrazione SoxhletPLE-ASEMAESAESFE
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Intrappolamento su un solido (ad)sorbente
• L’eluizione è il processo di passare un liquido o un gas attraverso un adsorbente, per trasportar via gli analiti dallla fase stazionaria
28
Qualche esempio di pretrattamento e separazioni analitiche per l’analisi di campioni complessi
https://www.openstarts.units.it/dspace/bitstream/10077/3167/1/Tesi%20Falomo.pdf
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1. Messa a punto di metodiche per la
determinazione di composti
organostannici in ambiente marino
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 30
R n Sn X 4 - n
Composti organostannici
Processi di distribuzione nell’ambiente marino
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
R = alchile, arile X = Cl-, Br-, OH-
TBT: (CH3CH2CH2CH2)3 – Sn+
DBT: (CH3CH2CH2CH2)2 – Sn2+
MBT: (CH3CH2CH2CH2) – Sn3+
R = alchile, arile X = Cl-, Br-, OH-
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R n Sn X 4 - n
Modificato da: Hoch, M., 2001. Appl. Geochem. 16, 719-743
Vernici antivegetative
Reflui industriali
Degradazione fotochimica
Reflui urbaniPercolatiTrasporto superficiale
Bioaccumulo
Adsorbimento
Desorbimento
Ris
os
pe
ns
ion
e
Biodegradazione
Biota
Sedimenti
Particolato
TBT � DBT � MBT
Composti organostannici
Processi di distribuzione nell’ambiente marino
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 32
Composti organostannici
Rilevanza ambientale
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
- Crassostrea gigas � Allevamenti di ostriche di Arcachon Bay:
- diminuzione della riproduzione
- anomalie nella calcificazione delle conchiglie
- Gasteropodi marini � imposex
Rilevanza ambientaleRilevanza ambientale
- Molluschi (Mytilus galloprovincialis) � Azione su stress protein
Non esistono biomarker specifici per il TBT. La quantificazione
chimica risulta, al momento, l’unico metodo certo per la sua
individuazione e quantificazione.
http://www.vliz.be/imisdocs/publications/63431.pdf
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Composti organostannici
Legislazione
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
- Francia, 1982: proibito su imbarcazioni di lunghezza <25 metri
- Provvedimenti analoghi in Italia, Regno Unito, Stati Uniti,
Svizzera, Germania e Giappone
- 2001 IMO (Organizzazione Marittima Internazionale):
Gennaio 2003: bandito l’utilizzo delle vernici contenenti TBT
Gennaio 2008: rimozione completa delle vernici contenenti
stagno dagli scafi delle navi
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Composti organostannici
Legislazione
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
- D.M. 367/2003: TBT e DBT vengono identificati come sostanze
prioritarie pericolose.
- Limiti per il raggiungimento standard di qualità per la matrice
acquosa e per i sedimenti delle acque marino-costiere, lagunari e
degli stagni costieri:
Standard di qualitàdelle acque (μg/l) Standard di qualità
sedimenti (μg/kg s.s.)2008 2015
DBT catione
0,01 0,001
TBT catione
0,001 0,0001 5
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Composti organostannici
Metodiche tradizionali
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
DETERMINAZIONE STRUMENTALEGC-MS
PURIFICAZIONE per cromatografia su colonna Florisil- Eluente n-esano
Evaporazione solvente
Evaporazione solvente scambio solvente: n-esano
DERIVATIZZAZIONE0,5 mL CH3MgBr 3M in dietiletere
RIPARTIZIONE L/LDiclorometano (10 mL x 3)
ESTRAZIONE HCl 37% + tropolone 0,05% in CH3OH
in bagno a ultrasuoni (x 2)
Aggiunta standard interno TPrT
Campione liofilizzato 0.5 g
DETERMINAZIONE STRUMENTALEGC-MS
PURIFICAZIONE per cromatografia su colonna Florisil- Eluente n-esano
Evaporazione solvente
Evaporazione solvente scambio solvente: n-esano
DERIVATIZZAZIONE0,5 mL CH3MgBr 3M in dietiletere
RIPARTIZIONE L/LDiclorometano (10 mL x 3)
ESTRAZIONE HCl 37% + tropolone 0,05% in CH3OH
in bagno a ultrasuoni (x 2)
Aggiunta standard interno TPrT
Campione liofilizzato 0.5 g
SPME
(Solid Phase Microextraction)
Automatizzazione
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Composti organostannici
Obiettivi
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
- Messa a punto di metodiche per la determinazione di
organostannici in:
Acqua – Sedimenti – Biota
� Veloci, sensibili e precise
- Ottimizzazione
- Validazione: LOD, sensibilità, precisione accuratezza
- Utilizzo di Materiali di Riferimento Certificati
- Circuiti di Calibrazione Interlaboratorio
- Applicazione: studio di bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis
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Acqua dolce – acqua marina
Campione
+
tampone acetato (pH 5)
+
derivatizzante 2%
HS SPME
Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µmGC - MS
LOD ~ 3 ng[Sn]/l
Composti organostannici
Messa a punto analitica
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 38
Sedimento
Estratto metanolico
+
tampone acetato (pH 4.3)
+
derivatizzante 2%
HS SPME
Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µm GC - MS
LOD < 1 μg[Sn]/kg s.s.
Estrazione HCl 20%/MeOH 1:1 ; 2 h sonicazione
Validazione: CRM BCR 462 (coastal sediment)
Composti organostannici
Messa a punto analitica
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 39
Biota
Estratto metanolico
+
tampone acetato (pH 4.3)
+
derivatizzante 2%
HS SPME
Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µm GC - MS
KOH in MeOH 25% ; 2 h sonicazione
Validazione: CRM BCR 477 (Mytilus edulis freeze-dried mussel tissue)
Composti organostannici
Messa a punto analitica
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
LOD < 10 μg[Sn]/kg s.s.
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Composti organostannici
Messa a punto analitica
Disegno sperimentale
• Individuare i parametri più influenti sull’estrazione SPME
• Ottimizzare l’estrazione
• Aumentare la risposta cromatografica
Scelta dei fattori: Temperatura di estrazione
Tempo di incubazione
Tempo di estrazione
30 – 50 °C
5 – 15 min
10 – 40 min
Scelta delle risposte: aree cromatografiche degli analiti
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 41
701±49782±61DBT
922±119898±78TBT
Valore determinato(μg[Sn]/kg s.s.)
Valore certificato(μg[Sn]/kg s.s.)
Analisi del materiale certificato BCR CRM 477 (Mytilus edulis – freeze dried mussel tissue)
35±334±6DBT
25±422±6TBT
Valore determinato(μg[Sn]/kg s.s.)
Valore certificato (μg[Sn]/kg s.s.)
Analisi del materiale certificato BCR CRM 462 (freeze-dried coastal sediment)
Linearità biota
R2 = 0,9989
R2 = 0,9992
0 50 100 150 200 250
Conc (ng Sn g-1
ss)
Are
a
TBTDBT
Linearità sedimento
R2
= 0,9989
R2
= 0,9971
0 5 10 15 20
Conc (ng Sn g-1
ss)
Are
a
TBTDBT
Composti organostannici
Validazione (1)
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 42
- Partecipazione a circuiti interlaboratorio (QualityConsult)progetto “TBT Impacts”, finanziato dalla Commissione Europea (Contract EC INCO-
CT-2005-510658).
- Acqua di mare; blind solution
- Sedimento liofilizzato
- Mytilus galloprovincialis (mussel tissue liofilizzato)
Composti organostannici
Validazione (2)
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 43
Composti organostannici
Validazione (2)
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
Z-score = (XLAB-X)/σ
|Z| ≤ 2: soddisfacente
2 < |Z| ≤ 3: dubbia
|Z| > 3: insoddisfacente
Acqua di mare
Sedimento Biota
MBT N.D. 0.3 0.0
DBT 0.7 0.0 0.0
TBT 1.1 - 0.7 0.2
Z-score:
44
- Valutazione del bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis
Composti organostannici
Biomonitoraggio
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 45
Composti organostannici
Biomonitoraggio
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
branchie
epatopancreas
resto del corpo
46
Composti organostannici
Biomonitoraggio
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
0
500
1000
1500
2000
μg/
kg s
.s.
Epato Branchie R. corpo
Organostannici totali
0
34
49
96
146
Campionamenti:
0 – 34 – 49 – 96 – 146 giorni
Epatopancreas
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 34 49 96 146 Controllogiorni
TBT
DBT
MBT
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Composti organostannici
Biomonitoraggio
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo
Epatopancreas: 13%
Branchie: 17%
Resto del corpo: 70%
0
50
100
150
200
250
μg/
kg
s.s.
Epato Branchie R. corpo
Organostannici totali
0
34
49
96
146
-
Branchie: 17%
Resto del corpo: 70%
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- Le metodiche messe a punto con l’utilizzo della SPME sono veloci e sensibili e presentano caratteristiche molto soddisfacenti per:
- LOD
- Linearità
- Ripetibilità
- Accuratezza
- Validazione attraverso utilizzo di materiali di riferimento certificati e
partecipazione a circuiti di calibrazione interlaboratorio.
- Determinazione multianalita (anche metil-mercurio!)
Composti organostannici
Conclusioni (1)
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 49
- La metodica sul biota è stata impiegata per uno studio di bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis:
- aumento immediato delle concentrazioni negli organi analizzati, in particolare nell’epatopancreas
- aumento drammatico in corrispondenza del campionamento a 146 giorni
- fattori legati al ciclo vitale dei mitili?- risospensione del sedimento?- utilizzo di vernici contenenti TBT?
- Difficoltà di controllo sull’utilizzo di vernici contenenti TBT
Composti organostannici
Conclusioni (2)
Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 50
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Alcuni esempi:
naftalene antracene fenantrene
pirenefluorantene crisene
Benzo(a)pirene52
ns esperienza
2 x Echo HiVol di TCR Tecoracon Testa Digitel PM 10
2x Echo PUF di TCR Tecora(su PTS, ISO 12884:2000)
2 x Hydra dual sampler di FAI InstrumentsPM10 & PM2.5 (o 2 x PM10)
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4.2 Analisi degli IPA � Estrazione tramite Micro - Soxhlet
• Tipo di solvente: Cicloesano Pestanal• Quantità di solvente: 60 ml• Tempo di estrazione: 2 ore
� Purificazione degli estratti:• Rotavapor + 2ml di miscela acetonitrile + metanolo +
tetraidrofurano (70:30:20)• Vasca ad ultrasuoni• Filtro a 45µm => vials
� Analisi tramite HPLC - FD Estrazioni e Analisi eseguite presso ARPA-FVG Dip. Trieste
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DTD - GC/MS per la determinazione di SVOC nel PM� elevata sensibilità per SVOC
� piccoli volumi di aria aspirati (possibilità di acquisire ad elevata risoluzione temporale )
� completamente automatizzabile
� solvent free
� elevata ripetibilità delle analisi
� possibilità di quantificare moltissimi analiti
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Determinazione del LOD e LOQ Linearity(r2) LOD(ng) LOQ(ng) Phenantrene Phe 0.99 0.026 0.262 Anthracene Ant 0.96 0.026 0.261 Fluoranthene Ft 0.99 0.008 0.082 Pyrene Pyr 0.98 0.011 0.115 Benzo[a]anthracene BaA 0.99 0.003 0.033 Chrysene Chry 0.97 0.004 0.038 Benzo[b]fluoranthene BbFt 0.95 0.006 0.058 Benzo[k]fluoranthene BkFt 0.95 0.012 0.118 Benzo[a]pyrene BaP 0.99 0.011 0.107 Indeno[1,2,3-cd]pyrene IP 0.99 0.006 0.055 Dibenzo[ah]antracene DBahA 0.99 0.005 0.054 Benzo[ghi]perylene BghiP 0.99 0.008 0.078
Fustella
Agilent 6890N/5793INERTColonna J&W 122-3832 DB-35MS
GC oven program 55°C in solvent vent mode vent pressure of 60mL/min Rampa da 55 a 160°C a 50°Cmin−1
Da 160 a 320°C a 25°Cmin-1 holding per 10minTDU temperatureDa 30 a 280°C a 15°C/min quindi a 280 °C per 10 min.Transfer temperature 300°C. CIS 3 liner , peltier cooled, at 10°C.MS in selective ion monitoring (SIM) mode.
Dott. Sergio Cozzutto email: [email protected]
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Area esposta su filtro da 47mmA=(1254.95±2.79)mm2
n=23Con confidenza 95%
Area campionata con punzone 14mmA=(159.47±1.84)mm2
~1/7 o ~12.7%
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esempio su un mese di
campionamento (30 campioni)
preparazione della fustella - - - - -estrazione 8hpulizia silanizzazione 2hpurificazione estratto su silica svaporazione sotto fluzzo di N2
1h
analisi 20minTotale tempo impiegato 11:20'
Solvente impiegato 200ml
preparazione della fustella 1minestrazione 30minpulizia silanizzazione 20minpurificazione estratto su silica svaporazione sotto fluzzo di N2
- - - - -
analisi 20minTotale tempo impiegato 1:11'
Solvente impiegato - - - - -
Confronto, tra il metodo soxhlet vs CIS/TDU, delle tempistiche per le analisi e
relativi consumi di solventi
340h 6L
35h 30'
CIS/TDU
Soxhlet
Autocampionatore GERSTEL MPS2
Facilità di automazione
Elevata ripetibilità
4 repliche di Std IPA 1ng su 24h di analisi
10xtime faster
58
Media di 6 giornate di campionamento
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Phe
nant
hren
e
Ant
hrac
ene
Fluo
rant
hene
Pyr
ene
Ben
zo[a
]ant
hrac
ene
Chr
yse
ne
Ben
zo[b
]fluo
rant
hene
Ben
zo[k
]fluo
rant
hene
Ben
zo[a
]pyr
ene
Inde
no[1
23-
cd]p
yren
e
Dib
enzo
[ah]
anth
race
ne
Ben
zo[g
hi]p
eryl
ene
ng/m
3
UNITS
ARPA
Confronto CIS/TDU – GC/MS vs (microsoxhlet) -HPLC fluorescenza .Desorbimento su fustella da 15mm mentre estrazione in microsoxhlet su mezzo filtro da Ø 47mm (Luigi Giorgini – ARPA FVG dip. TS)
CIS/TDU-GC/MSMicrosoxhlet-HPLC
Confronto con NIST SRM1650b Diesel Particulate Material
0
10
20
30
40
50
60
70
80P
hena
nthr
ene
Ant
hrac
ene
Flu
oran
then
e
Pyr
ene
Ben
zo[a
]ant
hrac
ene
Chr
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e
Ben
zo[b
+j+k
]fluo
rant
hene
Ben
zo[e
]pyr
ene
Ben
zo[a
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ene
Inde
no[1
23-c
d]py
rene
Dib
enzo
[ah]
anth
race
ne
Ben
zo[g
hi]p
eryl
ene
mg/
Kg
ss
media di 4 analisi
SRM1650b DieselParticulate Material
Confronto con NIST SRM1649b urban dust
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Phe
nant
hren
e
Ant
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ene
Flu
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then
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Ben
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hi]p
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ene
mg/
Kg
ss
media di 5 analisi
SRM1649b urban dust
I valori, presentati come medie di cinque analisi, si riferiscono a desorbimenti diretti su aliquote di NIST.Le quantità di materiale analizzato vanno da 0.331 a 0.562 mg Anthracene a parte i recuperi sono in media superiori al 91%, con un eccellenza per quanto riguarda il Benzo[a]pirene con un valore di recupero in media superiore al 97%
59
BaP nel PM10 durante i turni 8:00-14:00 Studio "Esposizione Vigili comune di Muggia"
0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00
19/0
1/09
26/0
1/09
02/0
2/09
09/0
2/09
16/0
2/09
23/0
2/09
02/0
3/09
09/0
3/09
16/0
3/09
23/0
3/09
30/0
3/09
06/0
4/09
13/0
4/09
20/0
4/09
27/0
4/09
04/0
5/09
11/0
5/09
18/0
5/09
BaP Aquilinia ng/m3 BaP Muggia ng/m3
BaP
PM
10
BaP
PM
2.5
PM
10
PM
2.5
ng/m3 ng/m3 % μg/m3 μg/m3 %02/07/07 35.25 17.96 51 244.33 47.52 1904/07/07 3.87 1.89 49 61.54 17.90 2906/07/07 27.35 56.54 21.65 3807/07/07 30.98 50.00 36.96 7409/07/07 13.18 9.98 76 92.64 31.66 3411/07/07 43.22 29.6 68 37.64 10.75 2913/07/07 80.55 63.51 79 98.6 37.63 3814/07/07 167.49 161.92 97 118.56 46.9 4016/07/07 88.89 57.36 65 135.68 60.55 4518/07/07 197.91 142.52 72 118.00 50.57 43
media= 70 media= 39dev.st= 15 dev.st= 14max= 97 max= 74min= 49 min= 19n= 8 n= 10
Ci siam tolti anche qualche curiosità: S.Lorenzo in Selva (TS)
60
Dott. Aurelio Latella email: [email protected]
Dott. Sergio Cozzutto
Dr. Pierluigi Barbieri
Dott. Aurelio Latella
Dott. Armando Miliazza
Dr. Gianluigi De Gennaro
Altri analiti
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INTRODUZIONE ALLA CROMATOGRAFIA
62
CROMATOGRAFIE
Famiglia di tecniche di separazione usata per la separazione di miscele complesse nei loro componenti individuali e per determinare la quantità delle componenti.
Tratteremo i principi fondanti della separazione attraverso la loro ripartizione tra una fase stazionaria e una fase mobile
GC, HPLC, TLC, principi e strumentazione
Metodi più recenti SFC, CE, FFF, cromatografia multidimensionale
Capitolo 21 Kellner, 2004
63
Fondamenti delle separazioni cromatografiche
Una separazione efficiente di composti simili è possibile soltanto attraverso l’impiego ripetuto di stadi di separazione.
Separazioni moltiplicate si hanno impiegando metodi cromatografici.
E’ stimato che 60% delle analisi al mondo son cromatografie
Michail Tswett, botanico russo ha introdotto la cromatografia su colonna nel 1906, per separare pigmenti fogliari. Osservò zone colorate (χροµα chroma γραφεινgrafein, ma Tswett o Cvet, in
russo vuol dire «colore») 64
Visione d’insieme (1)
• Principio della cromatografia è basato sul passaggio delle costituenti da separare tra due fasi immiscibili. A questo scopo il campione è disciolto nella fase mobile (L, G o fase supercritica) e si muove attraverso una fase stazionaria che può essere un solido o un liquido in una colonna o una superfice solida.
• A seguito delle interazioni dei costituenti con le fasi mobile e stazionaria, dopo un tempo sufficiente essi si separano.
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Sviluppo del cromatogramma
Cromatogramma interno
Cromatogramma esterno
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Fase stazionaria Fase mobile
gassosa fluida liquida
solida GSC SFC LSC
liquida GLC LLC
Principi di separazione tra fase mobile e stazionaria più importanti: distribuzione e adsorbimento.
Cromatografia di adsorbimento: interazione diretta dell’analita con la superfice della fase stazionariaCromatografia di distribuzione: dipende dalla presenza di un liquido immobilizzato sulla fase stazionaria
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Fondamenti teorici / cromatografia su colonna
Lo sviluppo di un cromatogrammaTecnica di eluizione(eluente è sinonimo di fase mobile). Il campione sciolto nella f.m.è posto in testa alla colonna;Continuando ad aggiungere f.m.si procede all’eluizione finchèle sostanze sono separate erilevate alla fine della colonna.
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Lo sviluppo di un cromatogramma (2)Una volta che il campione è iniettato, i costituenti si
distribuiscono tra la fase mobile e stazionaria. Se la f.m. è continuamente fornita come eluente, le sostanze si distribuiscono lungo la colonna tra nuova f.m. e la f.s. .
Composti trattenuti in modo più forte impiegano più tempo a essere separati di sostanze che interagiscono poco con la f.s..
Idealmente, le sostanze sono separate dopo un tempo di eluizione e rilevate individualmente alla fine della colonna.
Il segnale registrato come funzione del tempo di eluizione o del volume di eluizione (di f.m.) è chiamato cromatogramma.
69
Lo sviluppo di un cromatogramma (3)
Se si seguono nel tempo le “zone” in delle sostanze si notano due effetti:
la distanza tra i picchi delle sostanze aumentaI picchi si allargano, rendendo potenzialmente problematiche
alcune separazioni.Si può migliorare in via di principio una separazione se:(a)Le velocità di migrazione sono alterate in maniera selettiva(b)L’allargamento dei picchi è minimizzato
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Valori caratteristici di un cromatogramma
Velocità di migrazioni con cui particelle/molecole viaggiano lungo la colonna. Nel caso più semplice, il passaggio delle sostanze tra le fasi mobile (M) e stazionaria (s) è governato da un equilibrio di partizione. Il coeff. (o rapporto) di partizione K per una sostanza è
K= cs/cM
K non può esser dedotto direttamente dal cromatogramma. Il tempo di ritenzione totale t R è leggibile direttamente.
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• Il piccolo picco tM è generato da un composto per nulla trattenuto; è il tempo che le molecole della fase mobile impiegano per attraversare la colonna (“tempo morto”). Il tempo morto include il tempo dall’effettivo punto di iniezione all’effettivo punto di rivelazione.
• La velocità lineare media per l’analita e per la f.m. è derivabile
v = L / tRu = L / tM
L è la lunghezza della colonna
Valori caratteristici di un cromatogramma (2)
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Come mettere in relazione t R e coeff. di partizione?La ritenzione di una sostanza corrisponde al suo tempo di
residenza nella fase mobile (l’unica che si muove). Costituenti non trattenuti stanno per tutto il tempo nella f.m., mentre sostanze che interagiscono con la fase stazionaria rimangono per solo una frazione del tempo nella fase mobile, in paragone alle sostanze non trattenute;questa porzione di tempo può essere descritta usando la relazione tra massa di analita nella f.m. e massa totale dell’analita nella colonna:
v = u (cMVM)/ (cMVM + csVs) = u (1 / (1 + csVs / cMVM ))= u (1 / (1 + K (Vs / VM) ))
Vs e VM sono parametri sperimentali misurabili 73
Si definisce fattore di ritenzione k
k = K (Vs / VM) o k = K / β
Dove β è il rapporto tra fasi.
La relazione con i tempi di ritenzione è derivabile come:
v = u (1 / (1 + k))
L / tR = L / tM (1 / (1+ k))
riarrangiando è possibile dimostrare chek = ( tR - tM ) / tM = tR’ / tM
Il fattore di ritenzione può essere dedotto direttamente dal cromatogramma, sulla base dei tempi di ritenzione totali e dell’hold up time (tempo morto).
I fattori di ritenzione dovrebbero aver valori tra 1 e 5 (k <1 eluito troppo velocemente; >20 tempo di ritenzione intollerabilmente lungo)
74
Dynamics of Chromatography:
Principles and Theory
Di J. Calvin Giddings
Il fattore di selettività o fattore di separazione è una misura della separazione di due sostanze ed è indicato con αα = KB / KA
= kB / kA
= (tR’ )B / (tR’ )A
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